一种含变频模块的射频通道特性测量方法和装置

1.本发明属于无线电射频模块通道特性测量技术领域，特别是涉及一种含变频模块的射频通道特性测量方法和装置。


背景技术：

2.随着各国卫星导航系统建设和服务能力发展，卫星导航发发展成为陆地交通、航空和航海中的常见导航方式，已广泛应用于智能交通运输、海洋渔业、水文监测、气象预报、测绘地理信息、电力调度、应急搜索等领域，逐步渗透到人类社会生产和人们生活的方方面面。一方面，为了保证卫星导航系统给用户提供高质量服务，各主要建设国家分别建立了卫星下行信号质量监测评估系统，利用高性能天线对导航信号质量进行监测和评估，而为了最大程度地降低地面接收通道对信号质量的影响，需要定期地对射频通道进行测量和标定；另一方面，卫星导航信号模拟源作为测试接收机的专用仪器设备，为降低卫星导航信号模拟源通道本身对信号质量的影响，同样需要对射频通道进行标定和校准。这些射频通道中往往包含变频模块，导致传统的矢量网络分析仪无法直接测量通道特性。
3.传统的射频通道特性测量，通过矢量网络分析仪连接射频通道两端，射频通道的输入信号和输出信号频率一致，不包含变频模块。然而，无论是卫星导航接收机，还是卫星导航信号模拟源，射频通道一般都包含变频模块，即射频模拟通道的输入和输出中心频点不一致。因此，包含变频模块的射频通道测量和标定问题仍困扰着卫星导航的测试和信号质量评估。


技术实现要素：

4.针对以上技术问题，本发明提供一种含变频模块的射频通道特性测量方法和装置。
5.本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种含变频模块的射频通道特性测量方法，方法包括以下步骤：步骤s100：通过任意波形发生器产生各段等时长且初相已知的扫频信号；步骤s200：通过功分器将扫频信号等功率地一分为二，得到两路相同的射频信号，一路射频信号输出至多信道信号采集器，另一路射频信号输出至待测射频模块；步骤s300：待测射频模块对接收的射频信号进行处理得到处理后的射频信号并发送至多信道信号采集器；步骤s400：多信道信号采集器对接收的射频信号以及处理后的射频信号进行模/数转换和存储分别得到第一信号和第二信号；步骤s500：射频通道特性估计模块对第一信号和第二信号进行载波剥离后分别进行幅频特性和相频特性估计，估计出通道中每个扫频频点的幅相特性，得到第一信号的幅相特性和第二信号的幅相特性；步骤s600：通过数字频率映射去除射频模块中包含的变频模块引入的频率变化得
到更新后的第二信号的幅相特性，比较第一信号的幅相特性和更新后的第二信号的幅相特性，得到待测射频模块的通道特性。
6.优选地，步骤s300包括：若待测射频模块中包括上/下变频模块，对射频信号进行上/下变频处理，并输出上/下变频的本振频率，并进行射频信号的带通滤波；若待测射频模块中不包含上/下变频模块，则输出上/下变频的本振频率。
7.优选地，步骤s500中对第一信号进行载波剥离后进行幅频特性和相频特性估计，估计出通道中每个扫频频点的幅相特性，得到第一信号的幅相特性，具体为：采集到的第k个第一信号表达式如下：其中，表示第一信号的中心频率，表示第k个第一信号的偏移量，t表示时间，表示t时刻对应的第一信号的单载波相位，表示第一信号的幅度；对第一信号进行去载波处理具体为：对第一信号进行去载波处理具体为：低通滤波后得到：其中，第一信号的幅度响应为，第一信号的相位为。
8.优选地，步骤s500对第二信号进行载波剥离后进行幅频特性和相频特性估计，估计出通道中每个扫频频点的幅相特性，得到第二信号的幅相特性，包括：采集到的第k个第二信号表达式为：其中，表示t时刻对应的第二信号的单载波相位，表示第二信号的幅度；对第二信号进行去载波处理具体为：
低通滤波后得到：其中，第二信号的幅度响应为，第二信号的相位为。
9.优选地，步骤s600中通过数字频率映射去除射频模块中包含的变频模块引入的频率变化，具体为：优选地，步骤s600中比较第一信号的幅相特性和更新后的第二信号的幅相特性，得到待测射频模块的通道特性，包括：比较第一信号的幅相特性和更新后的第二信号的幅相特性，得到待测射频模块各个扫频频点的幅相特性，具体为：其中，射频模块的通道特性中扫频频点对应的幅度响应为，相位响应为；根据待测射频模块的各个扫频频点相位响应估计得到通道群时延。
10.一种含变频模块的射频通道特性测量装置，包括任意波形发生器、功分器、待测射频模块、多通道信号采集器和射频通道特性估计模块，任意波形发生器连接功分器，功分器连接多通道信号采集器和待测射频模块，待测射频模块连接多通道信号采集器，多通道信号采集器连接射频通道特性估计模块，装置用于执行一种含变频模块的射频通道特性测量方法。
11.相对于现有技术，本发明考虑到变频模块对射频通道的影响，采用数字频率映射和双通道信号比较的方法，提出了一种可兼容包含上/下变频模块的射频通道特性测量方法和装置，拓展了射频通道特性测量技术的适用范围，可应用于卫星导航信号模拟源、监测型接收机等对射频通道特性测量要求高的场合，具有方案简单可靠，装置易于实现等优点。
附图说明
12.图1为本发明的一种含变频模块的射频通道特性测量方法的流程图；
图2为本发明一实施例提供的离线生成基带i/q复信号频谱图；图3为本发明一实施例的通道群时延特性测量结果；图4为本发明一实施例的通道幅度特性测量结果；图5为本发明的一种含变频模块的射频通道特性测量装置的结构图。
具体实施方式
13.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
14.在一个实施例中，如图1所示，一种含变频模块的射频通道特性测量方法，方法包括以下步骤：步骤s100：通过任意波形发生器产生各段等时长且初相已知的扫频信号。
15.具体地，任意波形发生器，支持自定义数字信号的回放，可产生标准单载波扫频信号。离线生成基带i/q复信号，该信号频谱如图2所示，中心频点为0hz，扫频的频点间隔0.5mhz，每个频点正弦波信号持续时间为1ms且每段信号的初相都为0rad，通过任意波形发生器载入基带i/q复信号，生成指定频点的模拟射频信号用于标定，本例中该频点为，此时，任意波形发生器输出以1176mhz为中心频点的扫频信号。
16.步骤s200：通过功分器将扫频信号等功率地一分为二，得到两路相同的射频信号，一路射频信号输出至多信道信号采集器，另一路射频信号输出至待测射频模块。
17.具体地，功分器将扫频信号等功率地分成两路信号，一路直接输出至多通道信号采集器，另一路输出至被测件即待测射频模块的输入口。
18.步骤s300：待测射频模块对接收的射频信号进行处理得到处理后的射频信号并发送至多信道信号采集器。
19.在一个实施例中，步骤s300包括：若待测射频模块中包括上/下变频模块，对射频信号进行上/下变频处理，并输出上/下变频的本振频率，并进行射频信号的带通滤波；若待测射频模块中不包含上/下变频模块，则输出上/下变频的本振频率。
20.步骤s400：多信道信号采集器对接收的射频信号以及处理后的射频信号进行模/数转换和存储分别得到第一信号和第二信号。
21.具体地，多通道信号采集器完成模拟信号到数字信号的转换和存储；采用多通道信号采集器同时采集两路信号，采样率的选取应满足采样定理，本例中采样率为5gsps，且多通道信号采集器与任意波形发生器保持时钟同步。
22.步骤s500：射频通道特性估计模块对第一信号和第二信号进行载波剥离后分别进行幅频特性和相频特性估计，估计出通道中每个扫频频点的幅相特性，得到第一信号的幅相特性和第二信号的幅相特性。
23.在一个实施例中，步骤s500中对第一信号进行载波剥离后进行幅频特性和相频特性估计，估计出通道中每个扫频频点的幅相特性，得到第一信号的幅相特性，具体为：
采集到的第k个第一信号表达式如下：其中，表示第一信号的中心频率，表示第k个第一信号的偏移量，t表示时间，表示t时刻对应的第一信号的单载波相位，表示第一信号的幅度；对第一信号进行去载波处理具体为：对第一信号进行去载波处理具体为：低通滤波后得到：其中，第一信号的幅度响应为，第一信号的相位为。
24.在一个实施例中，步骤s500对第二信号进行载波剥离后进行幅频特性和相频特性估计，估计出通道中每个扫频频点的幅相特性，得到第二信号的幅相特性，包括：采集到的第k个第二信号表达式为：其中，表示t时刻对应的第二信号的单载波相位，表示第二信号的幅度；对第二信号进行去载波处理具体为：对第二信号进行去载波处理具体为：低通滤波后得到：
其中，第二信号的幅度响应为，第二信号的相位为。
25.步骤s600：通过数字频率映射去除射频模块中包含的变频模块引入的频率变化得到更新后的第二信号的幅相特性，比较第一信号的幅相特性和更新后的第二信号的幅相特性，得到待测射频模块的通道特性。
26.在一个实施例中，步骤s600中通过数字频率映射去除射频模块中包含的变频模块引入的频率变化，具体为：具体地，为了去除下变频的影响，将经过射频模块信号的幅度响应和相位响应的频率做映射，经数字频率映射后，第一信号的响应函数和经过射频模块的第二信号的一一对应。
27.在一个实施例中，步骤s600中比较第一信号的幅相特性和更新后的第二信号的幅相特性，得到待测射频模块的通道特性，包括：比较第一信号的幅相特性和更新后的第二信号的幅相特性，得到待测射频模块各个扫频频点的幅相特性，具体为：其中，射频模块的通道特性中扫频频点对应的幅度响应为，相位响应为；根据待测射频模块的各个扫频频点相位响应估计得到通道群时延。
28.具体地，射频通道特性综合估计主要用于消除任意波形发生器本身引入的信号时延和幅度响应的不确定性。通过比较第一信号（直达信号）和第二信号（经过射频模块信号）的响应结果，得到射频模块自身的通道特性。
29.得到各个频点的相位响应后，通过对相位响应曲线求导可估计出通道群时延。可采用差分、曲线拟合求导等多种方式实现。例如差分方计算群时延的方法如下：其中表示扫频间隔，单位rad，本例中为。
30.图3为射频模块群时延的测量结果，每8小时测量一次，共3组，该结果中群时延峰峰值波动范围最大为0.305ns。图4为射频模块幅度特性的测量结果，每8小时测量一次，共3组，该结果中幅值峰峰值波动范围最大为0.102db。
31.在一个实施例中，如图5所示，一种含变频模块的射频通道特性测量装置，包括任意波形发生器、功分器、待测射频模块、多通道信号采集器和射频通道特性估计模块，任意波形发生器连接功分器，功分器连接多通道信号采集器和待测射频模块，待测射频模块连接多通道信号采集器，多通道信号采集器连接射频通道特性估计模块，装置用于执行一种含变频模块的射频通道特性测量方法。
32.相对于现有技术，本发明考虑到变频模块对射频通道的影响，采用数字频率映射和双通道信号比较的方法，提出了一种可兼容包含上/下变频模块的射频通道特性测量方法和装置，拓展了射频通道特性测量技术的适用范围，可应用于卫星导航信号模拟源、监测型接收机等对射频通道特性测量要求高的场合，具有方案简单可靠，装置易于实现等优点。
33.以上对本发明所提供的一种含变频模块的射频通道特性测量方法和装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。